雙閉環(huán)控制IGBT感應(yīng)加熱電源的研究.pdf

1、感應(yīng)加熱作為一種新型的加熱方式，具有節(jié)能、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于金屬熱處理等領(lǐng)域。感應(yīng)加熱電源的發(fā)展水平與半導(dǎo)體功率器件密切相關(guān)。IGBT（絕緣柵控雙極型晶體管）是電力電子技術(shù)中的主流開關(guān)功率器件，由于開通/關(guān)斷速度快、通態(tài)壓降小等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子裝置中得到廣泛的應(yīng)用。因此對(duì)IGBT在中頻感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行研究極具價(jià)值。
　　以10kW/20kHz的中頻淬火感應(yīng)加熱電源為研究對(duì)象，針對(duì)IGBT開關(guān)

2、功率器件的智能驅(qū)動(dòng)和功耗大的問(wèn)題，從頻率自動(dòng)跟蹤、功率閉環(huán)控制和軟開關(guān)技術(shù)三個(gè)方面進(jìn)行研究。首先，提出了一種基于DSP(TMS320F2812)的感性移相PWM&PFM的設(shè)計(jì)方案。確定以三相不控整流、全橋IGBT逆變和串聯(lián)諧振負(fù)載為感應(yīng)加熱電源的主回路。其次，采用PID（比例積分微分控制器）和DPLL（數(shù)字鎖相環(huán)）相結(jié)合的雙閉環(huán)控制策略，對(duì)感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)進(jìn)行SIMULINK平臺(tái)仿真建模。再次，在仿真的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了以SKHI22AH4R

3、模塊為核心的驅(qū)動(dòng)電路及相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)。最后，采集負(fù)載輸出電壓和電流信號(hào)，經(jīng)DSP芯片采用模塊化設(shè)計(jì)，分別對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)控制模塊、PID模塊和DPLL模塊進(jìn)行軟件編程控制，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行綜合調(diào)試。
　　在開環(huán)和閉環(huán)條件下，對(duì)控制方案的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。仿真系統(tǒng)到達(dá)恒定功率輸出的時(shí)間為200ns，數(shù)字鎖相環(huán)經(jīng)過(guò)2到3個(gè)周期達(dá)到鎖相和頻率自動(dòng)跟蹤，功率因數(shù)近似為0.99，且無(wú)周期跳變的現(xiàn)象。通過(guò)軟件和硬件綜合調(diào)試，由DSP產(chǎn)生

4、脈寬和頻率均可調(diào)的四路PWM脈沖，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換成+15V/-7V，并帶有3.3μs死區(qū)時(shí)間的驅(qū)動(dòng)脈沖。為降低IGBT通態(tài)導(dǎo)通功耗，采用RCD緩沖電路對(duì)尖峰電壓進(jìn)行吸收。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)字頻率跟蹤、ZVS軟開關(guān)技術(shù)，降低了IGBT的開關(guān)功耗。
　　仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)相位鎖定、頻率自動(dòng)跟蹤和功率控制，提高了感應(yīng)加熱電源功率因數(shù)，解決IGBT在工作的過(guò)程中功耗過(guò)高的問(wèn)題，確保IGBT的安全性和可靠性。改善感應(yīng)加熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性